威斯康星州的科學家們成功地培育出了源自人類胚胎幹細胞的三維類腦組織結構。與之前微型大腦模型不同的是，這種新結構可以很容易地複製，並且包含血管細胞和被稱為小膠質細胞的免疫細胞。
該團隊報告說，這些大腦模擬物可能為篩選藥物和化學物質對人類大腦發育的破壞能力提供一種快速、低成本的方法（Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, DOI:10.1073/pnas.1516645112）。威斯康星大學的生物醫學工程師邁克爾施瓦茨是研究團隊的成員之一，他說，目前的毒性篩選測試使用多代大鼠，測試一種化學物質的成本約為100萬美元。
來自威斯康星大學和麥迪遜的莫格里奇研究所的研究人員並沒有計劃創造這種類腦結構。當他們在工程水凝膠上培養神經祖細胞時，這些細胞能夠自組裝，這讓他們感到驚訝。神經祖細胞被程式設計為成為特定的腦細胞，如神經元和小膠質細胞。
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施瓦茨在談到該團隊最初的計劃時說：“我們只是想讓所有神經細胞型別都處於同一位置，以便人工區分更多的細胞型別並將它們組合在一起。”一旦他們發現神經祖細胞可以自行組織並生長成複雜的組織，研究人員就將血管細胞和小膠質細胞納入到這些結構中，模擬了發育中的人腦中各種細胞型別和細胞間的相互作用。
施瓦茨指出，人們對人類大腦發育的機制知之甚少，因此很難知道某種特定化學物質是否會破壞任何這些通路。
為了解決這個問題，研究人員測試了他們的微型大腦模型對各種化學物質的反應，研究了這些結構如何表達19,000個不同的基因。他們從240個複製的大腦模擬物中收集了RNA測序資料，每個模擬物都暴露於60種不同的化學物質中，其中34種有毒，26種無毒。有毒化學物質包括鉛、砷、鎘和針對各種細胞功能的藥物。這些資料被用來構建一個模型，該模型可以預測化學物質（如食品新增劑、環境汙染物或藥物）是否會影響發育中的人腦。
美國環境保護署（EPA）正在開發高通量篩選測試的科學家們表示，測量如此多的基因可能會限制威斯康星團隊的工具在篩選大量化學物質方面的用途。他們認為，從長遠來看，如果測量RNA的成本下降，或者研究人員可以確定如何僅透過一部分基因就獲得相同的預測能力，“這將有助於填補美國環保署現有高通量篩選系統中存在的生物學空白”，美國環保署計算毒理學國家中心主任羅素·托馬斯說。
威斯康星大學的生物醫學工程師威廉·墨菲補充說：“在短期內，該方法可能更有價值，用於識別毒性的途徑和機制”。他領導威斯康星團隊開發了合成水凝膠。“我們正在收集大量關於這些人類大腦模擬物對已知有毒化學物質的反應資料，我們可以開始瞭解受這些化學物質影響的訊號通路，”他說。“不僅僅是瞭解是否會影響，還要了解這些化學物質如何影響發育中的人腦。”